某废弃油库土壤重金属污染健康风险评估

任剑峰，王 波

(安徽长之源环境工程有限公司,安徽 合肥 230088)

随着城市化进程的提速，之前位于城区内的部分成长性企业受用地制约无法实现快速发展，同时也有一些成长性不足的企业面临着停产或减产，既占用土地资源，又影响周边居民生活及区域环境质量，因此各地政府纷纷提出现有企业“退城入园”转型升级要求，而随着工业企业的搬迁或停产，遗留了大量因长期工业活动导致的污染场地，这些场地的再利用就可能存在潜在的健康风险，尤其是重金属污染对人类健康造成的不利影响非常巨大，因此评估重金属污染场地的污染程度及对人类健康造成的不利影响非常重要.西方发达国家已通过法律形式来规范污染场地的评估和管理，形成了一套完整的污染场地评估体系.而我国对于污染场地环境管理体系也日趋完善，生态环境部相继颁布了污染场地风险评估模型及标准，在冶炼、化工、矿区等工业遗留场地都进行了污染场地健康风险评价研究.笔者以《建设用地土壤污染风险评估技术导则》中的人体健康风险评估模型为依据，对某油库搬迁场地的土壤重金属进行人体健康风险评估，旨在运用该方法对油库的合理转变使用功能提供进一步理论参考.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究场地为合肥市某油库地块，始建于1958年，后经历了扩建及改造，至1985年末该石油库共占地面积1.1×10m，总容量52 240 m，油库平面布置见图1所示.期间该场地仅作为油库使用，未进行其他开发生产使用，主要储存柴油、汽油、乙醇及润滑油.柴油、汽油等油品中含有微量重金属铅、砷、镍、汞、铜、铬、锌等，场地储存过程难免发生跑冒滴漏遗留污染物情况，从而使场地土壤遭到污染.

图1 油库平面布置图

1.2 样品采集与测定

根据HJ 25.1-2019和HJ 25.3-2019等相关文件的要求以及潜在污染区域和潜在污染物的识别结果，重点区域为润滑油灌区、汽油灌区、柴油灌区，对该场地土壤采用系统随机布点法进行布点，按照40 m×40 m网格间距分成53个面积相等的若干地块，按照重点区域(汽柴油区)多布点原则，随机抽取17个采样点位，重点区域采样点位布点位置见图2所示.土壤样品按照HJ25.2-2019和HJ/T166-2004的相关规定进行采集与保存，采样后的样品经前处理、自然风干、研磨后过100目筛待测.测定项目为Cu，Pb,Zn，Cr，As，Hg，Ni 7种重金属元素.试样经过HNO-HF-HClO消解，重复消解2次，用硝酸溶液定容后取试样导入ICP2060T电感耦合等离子发射光谱仪测定(每批样品至少做1个实验室空白，所测元素的空白值不得超过方法测定下限；每批样品分析均须绘制校准曲线，校准曲线的相关系数应大于或等于0.995).

图2 油库采样点位图

1.3 评估方法

1.3.1 Nemerow综合污染指数法

我国评价土壤重金属污染常用单因子指数法和综合污染指数法.土壤环境样本中本身含有多种重金属元素污染而不仅仅是单个重金属造成的污染，故评估土壤环境污染的情况选用Nemerow综合指数法进行全面、综合评价.

其中：

P

为Nemerow综合污染指数，Max

P

为样品

i

中各元素最大单因子污染指数，Ave

P

为样品各单因子污染指数平均值，按污染程度将Nemerow指数分为5个级别.表1为Nemerow指数污染等级评价标准.

表1 Nemerow指数污染等级评价

1.3.2 风险评估模型

根据生态环境部编制的《建设用地土壤污染风险评估技术导则》HJ25.3-2019相关文件要求，污染场地健康风险评估主要采用剂量-效应模型，对受体通过经口摄入、皮肤接触以及呼吸吸入3种暴露途径摄入场地不同污染介质中污染物导致的健康效应进行定量表征.其中，对于致癌性污染物，主要定量计算受体因摄入待评估场地污染介质中各种致癌性污染物而导致其致癌风险的增加量.对于非致癌性污染物，主要定量计算受体因摄入待评估场地污染介质中各种非致癌性污染物而导致的危害商.

(1)致癌暴露评估模型计算公式(式中参数取值来源于《建设用地土壤污染风险评估技术导则》HJ25.3-2019)：

经口摄入土壤途径

(1)

其中：OISER为经口摄入土壤暴露量，kg·kg·d；OSIR为儿童每日摄入土壤量，mg·d；OSIR为成人每日摄入土壤量，mg·d；ED为儿童暴露期，a；ED为成人暴露期，a；EF为儿童暴露频率，d·a；EF为成人暴露频率，d·a；BW为儿童体重，kg；BW为成人体重，kg；ABS为经口摄入吸收效率因子，无量纲；AT为致癌效应平均时间，d.

皮肤接触土壤途径

(2)

其中：DCSER为皮肤接触途径的土壤暴露量，kg·kg·d；SAE为儿童暴露皮肤表面积，cm；SAE为成人暴露皮肤表面积，cm；SSAR为儿童皮肤表面土壤黏附系数，mg·cm；SSAR为成人皮肤表面土壤黏附系数，mg·cm；ABS为皮肤接触吸收效率因子，无量纲；

E

为每日皮肤接触事件频率，次·d.ED，ED，EF，EF，BW，BW和AT的参数含义参考公式(1).

吸入土壤颗粒物途径

(3)

其中：PISER为吸入土壤颗粒物的土壤暴露值，kg·kg·d；PM为空气中可吸入颗粒物含量，mg·cm；DAIR为儿童每日空气呼吸量，m·d；DAIR为成人每日空气呼吸量，m·d；PIAF为吸入土壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲；

f

为室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；

f

为室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；EFI为儿童的室内暴露频率，d·a；EFI为成人的室内暴露频率，d·a；EFO为儿童的室外暴露频率，d·a；EFO为成人的室外暴露频率，d·a；ED，ED，BW，BW和AT的参数含义参考公式(1).

(2)非致癌效应暴露评估模型计算公式(式中参数取值来源于《建设用地土壤污染风险评估技术导则》HJ25.3-2019)：

经口摄入土壤途径(非致癌效应)

(4)

其中：OISER为经口摄入土壤暴露量(非致癌效应)，kg·kg·d；AT为非致癌效应平均时间，d；OSIR，ED，EF，ABS和BW的参数含义见公式(1).

皮肤接触土壤途径(非致癌效应)

(5)

其中：DCSER为皮肤接触途径的土壤暴露量(非致癌效应)，kg·kg·d；SAE，SSAR，

E

，ABS，EF，ED，BW参数含义参考公式(2)；AT的参数含义见公式(4).

吸入土壤颗粒物途径(非致癌效应)

(6)

其中：PISER为吸入土壤颗粒物的土壤暴露量(非致癌效应)，kg·kg·d；PM，DAIR，

f

，

f

，EFO，EFI和PIAF参数含义参考公式(3)；AT的参数含义见公式(4).

1.3.3 暴露风险

(1)土壤中单一污染物致癌风险

CR=OISER×

c

×SF，

(7)

CR=DCSER×

c

×SF，

(8)

CR=PISER×

c

×SF，

(9)

CR=CR+CR+CR，

(10)

其中：CR为经口摄入土壤途径的致癌风险，无量纲；CR为皮肤接触土壤途径的致癌风险，无量纲；CR为吸入土壤颗粒物途径的致癌效应，无量纲；CR为土壤中单一污染物(第

n

种)经所有暴露途径的总致癌风险无量纲；

c

为表层土壤中污染物浓度，mg·kg；SFo为经口摄入致癌斜率因子，(mg·kg·d)；SFd为皮肤接触致癌斜率因子，(mg·kg·d)；SFi为呼吸吸入致癌斜率因子，(mg·kg·d).

(2)土壤中单一污染物危害商

(11)

(12)

(13)

HI=HQ+HQ+HQ，

(14)

其中：HQ为经口摄入土壤途径的危害商，无量纲；HQ为皮肤接触土壤途径的危害商，无量纲；HQ为吸入土壤颗粒物途径的危害商，无量纲；HI为土壤中单一污染物(第

n

种)经所有暴露途径的危害指数，无量纲；RfDo为经口摄入参考剂量，mg·kg·d；RfDd为皮肤接触参考剂量，mg·kg·d；RfDi为呼吸吸入参考剂量，mg·kg·d；SAF为暴露于土壤的参考剂量分配系数，无量纲，取值为0.2；

c

为表层土壤中污染物浓度，mg·kg.单一污染物的致癌风险可接受值为1.0×10，可接受危害商为1.

2 结果与分析

2.1 场地重金属污染状况

油库场地内汽油罐区、柴油罐区、润滑油罐区和发货平台区土壤重金属含量见表2.

表2 油库土壤中重金属的平均含量 mg·kg-1

表2显示，场地内Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As和Ni在各个区域内均有不同程度的累积，根据表2的统计结果可知，各区域的污染程度为发货平台>柴油罐区≈汽油罐区>润滑油罐区.发货平台土壤中各重金属变异系数较小，污染物分布较均匀，柴油罐区与汽油罐区土壤各重金属变异系数较大，润滑油罐区土壤各重金属变异系数最大，这与罐区油量的储存时间、体积以及转运频率有关，导致油库局部污染严重.

根据文献[18-19]中相关已知土壤元素背景值，汇总于表3，油库场地各区域中元素含量与它们进行比较.

表3 土壤元素背景值 mg·kg-1

与表3(土壤元素背景值)对比可知，润滑油罐区土壤中Cu，Hg，Pb，Cr，Ni平均值分别为中国土壤元素背景值的1.44，2.05，6.33，1.66，1.31倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，Ni分别为安徽省土壤元素背景值1.56，4.55，6.18，1.52，1.10，1.18倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为合肥市土壤元素背景值1.24，2.61，6.21，1.49，1.08，1.01，1.42倍.

发货平台土壤中Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，Ni平均值分别为中国土壤元素背景值的1.95，5.20，7.31，1.95，1.01，1.57倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为安徽省土壤元素背景值2.16，11.52，7.14，1.79，1.21，1.17，1.42倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为合肥市土壤元素背景值1.71，6.62，7.17，1.76，1.37，1.08，1.71倍.

汽油罐区土壤中Cu，Hg，Pb，Cr，Ni平均值分别为中国土壤元素背景值的1.49，3.01，6.96，1.76，1.48倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为安徽省土壤元素背景值1.65，6.67，6.81，1.61，1.13，1.13，1.33倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为合肥市土壤元素背景值1.31，3.83，6.83，1.58，1.29，1.04，1.61倍.

柴油罐区土壤中Cu，Hg，Pb，Cr，Ni平均值分别为中国土壤元素背景值的1.58，3.42，6.44，1.70，1.33倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为安徽省土壤元素背景值1.75，7.58，6.29，1.56，1.16，1.11，1.20倍；Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni分别为合肥市土壤元素背景值1.39，4.36，6.31，1.53，1.32，1.03，1.45倍.

2.2 场地重金属污染指数评价

以合肥市土壤元素背景值为评价标准的土壤重金属污染指数见表4所列.

表4 油库土壤中7种重金属的污染指数

表4中的评价结果显示，Nemerow综合污染指数法表明润滑油罐区、汽油罐区、柴油罐区和发货平台均受到重度污染，污染程度发货平台>汽油罐区>柴油罐区>润滑油罐区.

2.3 人体健康风险评价

根据《建设用地土壤污染风险评估技术导则》中推荐的健康风险评价模型(1)～(14)，结合表5中的毒性参数SF和RFD值以及表2中各地块重金属浓度值，计算得出Cu，Hg，Cr，Zn，As，Ni可能引起敏感人群的健康危害风险见表6.

表5 污染物的毒性参数

表6 油库土壤重金属人体健康风险评价结果

表6的健康风险评价表明，油库各区域土壤中Cr，As，Ni对人体的致癌风险(CR)均超出风险水平10，表明油库土壤对人体健康会产生危害，同时各区域的致癌危害水平为发货平台>汽油罐区>柴油罐区>润滑油罐区，其中发货平台中Cr，As，Ni的致癌风险分别为4.67×10，2.65×10，4.19×10，致癌危害均为最大；油库中的润滑油罐区、发货平台、汽油罐区和柴油罐区的危害商分别为6.11，1.24，3.31×10，3.19×10，均大于1，非致癌危害为汽油罐区>柴油罐区>润滑油罐区>发货平台；汽油罐区土壤中Hg，Cr，As，Ni危害商分别为1.60，1.13×10，1.07×10，9.04，非致癌风险Cr>As>Ni>Hg>1.综上所述，油库对人体健康危害汽油罐区>柴油罐区>润滑油罐区>发货平台，主要危害元素为Hg，Cr，As，Ni.

3 结束语

(1)油库土壤重金属污染分布不均，重金属积累集中在发货平台、汽油罐区及柴油罐区，润滑油罐区相对受污染程度较轻，污染程度为发货平台>汽油罐区>柴油平台>润滑油罐区，油库土壤中Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，As，Ni平均值均高于合肥市土壤元素背景值，Cu，Hg，Pb，Cr，Zn，Ni平均值高于安徽省土壤元素背景值，而Cu，Hg，Pb，Cr，Ni高于中国土壤元素背景值.

(2)根据污染指数评价法与人体健康风险评价法对油库土壤分别评价表明，Nemerow综合污染指数法说明润滑油罐区、汽油罐区、柴油罐区和发货平台均受到重度污染，污染程度发货平台>汽油罐区>柴油平台>润滑油罐区；而健康风险评价法说明油库各区域致癌危害水平为发货平台>汽油罐区>柴油罐区>润滑油罐区，其中发货平台中Cr，As，Ni的致癌危害均为最大.危害商为汽油罐区>柴油罐区>润滑油罐区>发货平台，油库危害商为Cr>As>Ni>Hg>1，表明Hg，Cr，As，Ni具有一定的非致癌危害.两种评价方法均表明油库发货平台受污染程度最大，发货平台长期作为卸油、转运、存储功能使用，偶尔会有卸油泄露、转运时滴漏以及车辆滴油等情况发生，从而导致发货平台受到污染.

(3)通过对比内梅罗指数和人体健康风险评价两种方法可以看出：内梅罗指数法突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用，但没有考虑土壤中各污染物的毒害差别，同时在进行污染程度划分时，只能反应污染的程度而难于反应污染的质变特征，而人体健康风险评价选择具体的污染因子来分别分析其对人体健康的危害程度，并可按危害程度来做出排序，两种评价方法具有较好的互补性.

(4)现阶段，我国关于污染场地的健康风险评价相关规范日趋完善，对于污染场地的风险评价经验相对较丰富，但是《建设用地土壤污染风险评估技术导则》中提出的风险评估模型、参数选择、评估标准并不完善，会直接影响到健康风险评估的质量.因此，对于场地不同的使用功能应该有不一样的评估标准，同时技术导则还需要对不同使用功能场地的风险评价模型计算公式区分和细化，从而更好地完善污染场地健康风险评估体系.